計算機控制系統在污水處理設施中的應用研究

（中鐵（石家莊）設計研究院，石家莊 050000）

摘 要：隨著社會經濟的快速發展，環境問題日漸突出，大量的污水處理廠和各種污水處理工藝應運而生，為保證污水處理系統高效運行，同時根據進水水質適當調整系統運行參數，故此在設計中采用了PLC自動控制系統。該系統的應用，提高了污水處理工藝運行的穩定性和便利性，實現了污水處理工藝的半自動、全自動監控，具有十分重要的推廣意義。

關鍵詞：計算機控制系統;污水處理;自動控制

1 項目背景

伴隨著人們對環境的關注度越來越高，大量的污水處理廠和各種污水處理工藝應運而生，有物理法、化學法及生物法等。而在污水處理運營中存在著各種各樣的問題。例如：現場設備出現問題沒有能立即反饋;加藥量不準，造成藥劑浪費或效果不明顯等等。在時間上，不能做到快速反應，及時解決問題;在人力上，需要大量人員巡視現場;在經濟上，藥劑投加過量或者過少，直接造成成本過高或水質不達標。

為保證污水處理系統高效運行，同時根據進水水質及其他外界因素適當調整系統運行，提出設計一套關于污水處理廠從污水收集、處理到排放全過程控制的智能化、自動化，保證排放水質達標的計算機自動控制系統。

2 技術方法

（1）根據污水處理廠的實際運行工藝，確定計算機自控系統的工作模式。污水廠關鍵設備及管路的閥門均設置手動及自動兩種工作模式，在自動工作模式下，設備的啟停和控制閥開閉均依照預設程序所定制的流程自動運行，無須人工干預。采用在線溶解氧檢測儀控制風機曝氣的輸入量，監測到氧含量低于設定值時，則自動曝氣;氧含量達到標準值并維持運行設定時間后，則曝氣結束。各結構單體均采用液位控制儀在PLC預設程序的控制下進行自動進水及排放。

（2）通過試驗分析，優化各設備的工作參數。合理調整污水處理工藝運行參數，進行對比試驗，找出運行參數的優化數值。

（3）建立自控系統模型，設計自控系統。自控系統擬采用集中控制，分散控制的集散型系統。整個系統由主控級，現場控制級和就地控制級三層結構，利用DP總線通信，實現對生產過程的控制。

（4）編制程序，設計自控系統軟件。自動控制軟件的設計主要包括污水廠各工藝流程段的操作、監視和控制。可進行系統功能組態、監視報警、參數的在線修改，同各PLC站（I/O站）進行通訊，收集檢測信息、運行狀態，并進行匯總、運算、處理、報警、故障分析等。

（5）進行系統試驗、改進調試，完善整套系統。

3 技術方案

根據就近采集和單元控制為劃分區域的原則，由檢測控制系統--現場控制站（LCS），對污水處理設備進行分散控制;再由中心控制系統--中心控制室，對全廠實行集中管理。各現場控制站與中心控制室之間由DP總線（或以太網）進行數據通信。在生產管理區有相應數量控制對象（設備和儀表），采用線纜與現場控制站連接，組成工廠計算機綜合管理控制系統。系統設計從工藝流程出發，實現對生產過程的自動控制。控制系統設計為主控級、現場控制級和就地控制級三層結構。

第一層為主控級，位于中心控制室內。一般污水廠內設中心控制室一座，建于綜合樓內（面積150平方米左右）并設維修間、資料室等附屬房間。內設兩套監控管理計算機操作站、兩套數據服務器、通訊裝置和不間斷電源，主要完成對污水廠各工藝流程段的集中操作、監視和控制功能。

第二層為現場控制級，即PLC控制站。各現場控制PLC采用抗干擾時序雙機熱備型控制器，對上它們在中央控制管理計算機的協調下運行，并傳送數據，對下它們分別承擔本區域的數據采集和自動控制功能，即使中心控制室的計算機發生故障，它們也能獨立運行。

第三層為就地控制級，主要應用在設備調試、設備維護階段。

（1）機械格柵自動控制系統。對粗格柵設置三種控制方式液位控制、時間控制、手（自）動控制。

在粗格柵前后設超聲波液位計，根據液位計測得的格柵前后水位差值自動控制機械格柵的運行時間，即水位差達到設定值時，自動啟動格柵。當格柵停止運行的時間超過設定值時，系統轉為時間控制。PLC系統將根據軟件程序自動控制柵渣螺旋輸送機、機械格柵的運行先后順序。

（2）提升水泵自動控制系統。在提升泵房設超聲波液位計，根據液位計測得的泵房水位值自動控制多臺水泵的啟停。當泵房水位高至某一設定的水位值時，PLC系統將按程序自動增加水泵的運行臺數;相反，當泵房水位降至某一設定的水位值時，系統將按程序自動減少水泵的運行臺數。

（3）風機曝氣量自動調節。生化系統曝氣量首先通過溶解氧儀檢測生物池的溶解氧，用空氣流量計檢測空氣管路的流量，根據溶解氧值和空氣流量調節生物池空氣管路上的電動調節閥門，以調節生物池的進氣量。通過控制管理系統可以設定溶解氧調節的參數值。

（4）回流污泥量的自動調節。為保證生物池中污泥混合液濃度在工藝要求范圍內，采用回流污泥泵的變頻運行控制方式。根據厭養段的污泥沉降比（SVI）測量儀的測量數值調節控制回流污泥泵的變頻運行，實現進水量與污泥回流量的合理配比，從而保證生物處理的質量穩定性。還可通過控制系統的操作面板設定回流污泥比例和回流泵的變頻控制參數。

4 實施效果

本系統已成功應用于蠡縣污水處理廠，日處理污水3萬噸，控制準確、可靠、有效，靈敏度可調;管理運行，自動化程度達90%以上，減少操作員工62.5%以上，基本達到現場無人值守。污水處理廠系統可實現溶解氧和污泥濃度在線控制，實時調節風機曝氣量的大小和剩余污泥泵的運行時間，使污水處理費用低于0.20元/t，自動化控制系統應用達到了國內領先水平。不僅有效地改善了排放水質，每年還可節省支出費用32.08萬元。

5 社會和經濟效益

通過使用計算機控制系統，市、縣級污水處理廠可提高自動化程度90%以上、控制準確、快速有效，大大提高了設備效率，減少人工操作60%以上，減輕人員勞動強度，減員增效;符合國家節能減排的政策。

計算機控制系統的應用，將有助于提高污水處理工藝運行的穩定性和便利性，實現污水處理工藝的半自動及全自動監控，從而推動污水處理行業的巨大進步，具有非常重要的推廣意義。

作者簡介：嚴偉（1980-），男，河北饒陽人，本科，工程師，研究方向：環境工程及水污染治理技術研究。